CN114642512A - 用于挖掘牙齿材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于挖掘牙齿材料的方法，该方法具有步骤：将结构声传感器放置(S101)在牙齿上；通过流体射流挖掘(S102)牙齿材料；通过结构声传感器在挖掘期间检测(S103)结构声信号；基于结构声信号调节或控制(S104)流体射流产生设备。

Description

用于挖掘牙齿材料的方法

技术领域

本发明涉及一种用于挖掘牙齿材料的方法和一种用于挖掘牙齿材料的系统。

背景技术

在挖掘期间，即通过高压流体射流从牙齿去除龋坏的牙齿材料时，可能会无意中去除过多的牙齿材料。这甚至可能导致牙髓穿孔，不可逆转地损害牙齿的神经。

因此，本发明的技术任务是防止在借助于流体射流的挖掘过程期间不希望地去除牙齿材料。

发明内容

该任务由根据独立权利要求的对象解决。技术上有利的实施例是从属权利要求、说明书和附图的主题。

根据第一方面，通过一种用于挖掘牙齿材料的方法来解决技术问题，该方法包括步骤：将结构声传感器放置在牙齿上；借助高压流体射流挖掘牙齿材料；通过结构声传感器在挖掘期间检测结构声信号；基于结构声信号调节或控制流体射流产生设备。通过经结构声信号的反馈，可以检测牙齿硬组织的差异。例如，以这种方式，流体射流的质量可以适应流体射流当前正在处理的区域。此外，当遇到特定材料时，流体射流可以自动停用。可以以这种方式防止牙髓穿孔。

在该方法的技术上有利的实施例中，流体射流响应于结构声信号而停用。这具有例如防止不期望和过度去除牙齿材料的技术优势。

在该方法的另一个技术上有利的实施例中，响应于结构声信号产生连续的或脉冲的流体射流。这具有技术优势，例如流体射流的方法特性可以根据牙齿材料的类型进行调整。

在该方法的另一个技术上有利的实施例中，响应于结构声信号调节或控制流体射流产生的压力。这具有技术优势，例如可以根据牙齿材料的类型调节流体射流的压力。

在该方法的另一个技术上有利的实施例中，基于爆发的累积能量的斜率检测牙齿材料的类型。这具有技术优势，例如可以基于斜率值可靠地检测牙齿材料的类型。

在该方法的另一个技术上有利的实施例中，基于每时间单位的爆发次数检测牙齿材料的类型。这也具有技术优势，例如可以快速可靠地检测牙齿材料的类型。

在该方法的另一个技术上有利的实施例中，基于爆发的频率检测龋坏的牙齿材料。这也具有技术优势，例如可以高度准确地识别要移除的牙齿材料。

在该方法的另一个技术上有利的实施例中，当不再检测到龋坏的牙齿材料时停用流体射流。这也具有技术优势，例如仅去除龋坏的牙齿材料。

在该方法的另一个技术上有利的实施例中，以高达1MHz的采样率检测结构声信号。这也具有技术优势，例如可以获得广泛的数据基础以用于获取用于控制流体射流的结构声信号。

根据第二方面，通过一种用于挖掘牙齿材料的系统来解决技术问题，该系统包括：用于在挖掘期间检测结构声信号的结构声传感器；用于产生挖掘牙齿材料的流体射流的流体射流产生设备；以及用于基于结构声信号调节或控制流体射流产生设备的设备。评估单元能够确定和评估结构声信号中的各个爆发。评估单元能够确定爆发的频率和能量。该系统具有与根据第一方面的方法相同的技术优势。

在该系统的另一个技术上有利的实施例中，该系统设计成调节或控制流体射流产生设备，使得响应于结构声信号而停用流体射流、响应于结构声信号而产生连续或脉冲的流体射流、和/或响应于结构声信号而调节或控制流体射流产生的压力。这也具有技术优势，例如流体射流的处理特性可以根据牙齿材料的类型进行调整。

在该系统的另一个技术上有利的实施例中，设备设计为基于爆发的累积能量的斜率来识别牙齿材料的类型。这也具有技术优势，例如可以可靠地检测牙齿材料类型。

在该系统的另一个技术上有利的实施例中，设备设计为基于每单位时间的爆发次数来识别牙齿材料的类型。这也具有技术优势，例如可以可靠地检测牙齿材料的类型。

在该系统的另一个技术上有利的实施例中，设备设计为基于爆发的频率来检测龋坏的牙齿材料。这具有技术优势，例如流体射流只能用于去除龋坏的牙齿材料。

在该系统的技术上有利的实施例中，结构声传感器的评估单元具有高达1MHz的采样率。这也具有技术优势，例如可以获得广泛的数据基础以用于获取用于调节或控制流体射流的结构声信号。

附图说明

本发明的实施例的示例在附图中示出并且在下面更详细地描述。其中示出：

图1是用于挖掘牙齿材料的系统的示意图；

图2是结构声信号的示例图表；

图3是用于评估结构声信号的图表；

图4是用于结构声信号的评估的另一个图表；

图5是用于结构声信号的评估的另一个图表；

图6是用于结构声信号的评估的另一图表；

图7是用于评估龋坏的牙齿材料的结构声信号的另一个图表；以及

图8是用于挖掘牙齿材料的方法的框图。

具体实施方式

图1示出了用于挖掘牙齿材料107的系统100的示意图。系统100包括流体射流产生设备101，其用于产生挖掘牙齿103的牙齿材料107的流体射流111。流体射流是例如水射流或氯化钠射流或林格氏溶液。结构声传感器109用于在挖掘过程期间检测结构声信号。为此，结构声传感器109耦合到牙齿103，使得它可以检测由流体射流111产生的牙齿103的结构声波。这样收集的结构声信号通过评估单元127放大、评估并以电子方式传输到电子设备105，其用于用微处理器进行闭环或开环控制。设备105评价来自评估单元127的信息，并基于这些获得的特性来控制流体射流产生设备101。由此实现流体射流111的闭合控制回路。

可以通过评估结构声信号检测牙齿103的硬组织的差异。例如，可以基于结构声信号确定牙齿103的牙釉质区域、牙本质区域或龋坏区域是否正在通过流体射流111进行处理。

在流体射流产生设备101的喷嘴中以1至500巴(bar)的压力产生的流体射流111具有例如0.08至0.3mm的射流直径。流体射流111可以作为连续射流或脉动射流出现。取决于频率，脉动的流体射流111可以在脉冲激发期间每秒形成20到40000个单独的液滴或流体包。这对应于20Hz至40kHz的液滴频率。

可以以电子方式调节或控制流体射流产生设备101以例如改变流体射流产生设备111的压力或选择性地打开或关闭流体射流111。此外，可以调节或控制流体射流产生设备101以使其产生连续的流体射流111或脉动的流体射流111或改变流体射流产生压力。为此，流体射流产生设备101耦合到设备105。

结构声传感器109是有源或无源传感器并且附接到执行牙齿材料107的挖掘所在的牙齿。结构声也可以通过颌骨传递到另一颗牙齿或颌骨本身，并在那里进行测量。结构声传感器109能够在通过流体射流111进行挖掘期间检测在结构声范围内的牙齿103的传输声音信号。例如，评估单元127以1MHz的采样率工作，从而可以检测到频率高达500kHz的牙齿103的结构声信号。然而，一般而言，结构声传感器109和相关联的评估单元127也可以设计成用于测量其他频率范围中的信号。

结构声传感器109的电气结构声信号可以由电子放大器放大，使得它们可以更好地由评估单元127评估并且在设备105中进一步处理。放大器和/或评估单元127可以额外地包括模数转换器，使得获得的测量值可以直接传输到数字设备105并由其处理。为此，评估单元127和/或设备105执行计算机程序，或者控制单元105本身包括合适的评估单元。

图2示出了在处理不同牙齿区域中的牙齿样本期间由结构声传感器109获得的结构声信号121的示例性图表。图表示出了作为时间的函数，或作为三个不同的时间范围113-1、...、113-3中获得的样本的结构声信号121的检测振幅。

在第一时间范围113-1中，在250巴的压力下产生的流体射流111撞击在嵌入牙齿样本的树脂区域上。在时间范围113-2中，相同的流体射流111撞击在牙齿103的牙釉质区域上，并且在时间范围113-3中，相同的流体射流111撞击在牙齿103的牙本质区域上。

结构声信号121取决于流体射流111撞击的材料而不同。因此，在每个时间范围113-1、...、113-3中出现不同的振幅峰值(所谓的爆发)115，从中可以得出关于加工的牙齿材料107的类型和硬度的结论。当流体射流111使牙齿材料107脱落时，发生爆发115并导致结构声范围内的叮当声或爆裂声时。爆发115在信号-时间图表中表示为峰值。通过结构声测量和由此产生的短时爆发115的数字评估，可以区分不同的牙齿坚硬物质，例如不同的牙齿材料或填充材料。这又可以用于流体射流111的调节或控制。

图3示出了用于评估结构声信号121的图表。在该图表中，示出了在不同时间范围113-1、...、113-3中通过流体射流111处理样本期间随时间获得的所有爆发115的加权频率。可以例如使用傅立叶分析从依时性(time-dependent)的结构声信号121中获得出现的爆发115的加权频率。可以基于频谱的重心进行加权。

在每个时间范围113-1、...、113-3中，取决于当前流体射流111撞击的牙齿材料107的类型，存在爆发115的加权频率的不同分布。

图4示出了用于评估和聚类结构声信号的另一图表，其中处理了牙本质113-3和牙釉质113-2。在牙本质中，信号振幅高于牙齿的牙釉质区域中的信号振幅。在对爆发进行聚类之后(例如基于选择的参数，如部分功率、加权峰值频率、频率质心能量和峰值信号)，可以清楚地区分牙本质113-3(圆圈)和牙釉质113-2(圆圈)。

图5示出了用于评估结构声信号121的另一图表。在该图表中，示出了爆发115随时间的累积能量。在区域113-1中，流体射流111撞击在嵌入牙齿样本的树脂区域上，爆发115的累积能量具有与区域113-2或区域113-3不同的每单位时间的斜率，在区域113-2中流体射流111撞击在牙齿103的牙釉质区域上，在区域113-3中流体射流111撞击在牙齿103的牙本质区域上。取决于爆发115的累积能量在图表中的斜率119-1、...、119-3，因此可以确定当前由流体射流111处理的牙齿103的牙齿材料的类型。在水平区域117-1、...、117-3中，流体射流111不进行加工。因此，爆发115的累积能量在这些时间范围内不增加。

图6示出了用于评估结构声信号121的另一图表。在该图表中，将爆发115的累积数量绘制为时间的函数。在时间范围113-1内加工合成树脂时，数得8,000次爆发。在时间范围113-2内加工牙釉质区域时，数得16,000次爆发，并且在时间范围113-3内加工时，数得23,500次爆发。基于每时间单位的爆发115的次数，因此可以确定涉及的牙齿材料的类型。基于每单位时间的爆发次数，可以确定正受到流体射流111影响的牙齿材料107的类型。

图7示出了用于评估来自龋坏的牙齿材料107的结构声信号121的另一图表。该图表还示出了当牙齿103由流体射流111处理时随时间获得的所有爆发115的加权频率。如果流体射流111在区域113-4中遇到龋坏的牙齿材料107，则在区域123中会出现更多具有更高加权频率的爆发。相比之下，对于健康的牙齿材料，在区域125中出现较少的具有更高加权频率的爆发。

通过评估结构声信号121，因此也可以检测龋坏的牙齿材料107的处理。在这种情况下，增强的爆发形成发生在较高频率范围内。这可以用于仅使用流体射流111执行处理，直到已经移除龋坏的牙齿材料107为止。一旦流体射流111遇到健康牙齿材料107，爆发115的频率就转移到较低的频率范围。在这种情况下，流体射流111可以自动停用。这尽可能地防止健康牙齿材料107的移除。

图8示出了一种用于挖掘牙齿材料107的方法的框图。首先，在步骤S101中，将结构声传感器109附接到牙齿103上。在步骤S102中，通过流体射流111去除(挖掘)牙齿材料107。同时，在步骤S103中，由结构声传感器109在挖掘期间检测结构声信号121。可以附加地放大和评估结构声信号121。此后，在步骤S104中，基于结构声信号121来调节或控制流体射流产生设备101。

对于流体射流产生设备101的调节或控制，除了结构声信号121的时间信号之外，还考虑时变爆发发展(次数)以及它们的时变能量发展(总和)和它们的频率位置。评估单元127能够自主地确定频率、能量和/或爆发115的次数。

该方法可以识别流体射流111当前正在处理的材料。取决于材料，流体射流产生设备101可以随后修改流体射流111的性质或使其完全停用。以此方式，可以避免牙齿材料107的无意挖掘或粉末喷射。

结合本发明的各个实施例解释和示出的所有特征可以在本发明的主题中以不同的组合提供，以同时实现它们的有益效果。

所有方法步骤都可以由适合执行相应方法步骤的设备来实施。由相关特征执行的所有功能都可以是方法的方法步骤。

本发明的保护范围由权利要求书给出，不受说明书中说明或附图所示的特征的限制。

附图标记列表

100 用于挖掘牙齿材料的系统

101 流体射流产生设备

103 牙齿

105 用于调节或控制的设备

107 牙齿材料

109 结构声传感器

111 流体射流

113 时间范围

115 爆发

117 区域

119 范围

121 结构声信号

123 龋坏的牙齿材料区域

125 健康的牙齿材料区域

127 评估单元

Claims (15)

1.用于挖掘牙齿材料(107)的方法，其包括步骤：

-将结构声传感器(109)布置(S101)在牙齿(103)上；

-通过流体射流(111)挖掘(S102)牙齿材料(107)；

-通过结构声传感器(109)在挖掘期间检测(S103)结构声信号(121)；

-基于结构声信号(121)调节或控制(S104)流体射流产生设备(101)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于结构声信号(121)而停用流体射流(111)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，响应于结构声信号(121)而产生连续或脉冲的流体射流(111)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，取决于结构声信号(121)而调节或控制流体射流产生的压力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于爆发(115)的累积能量的斜率检测牙齿材料(107)的类型。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于每单位时间的爆发(115)的次数检测牙齿材料(107)的类型。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于爆发(115)的频率检测龋坏的牙齿材料(107)。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，当不再检测到龋坏的牙齿材料(107)时，停用流体射流(111)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以高达1MHz的采样率检测结构声信号(121)。

10.用于挖掘牙齿材料(107)的系统(100)，其具有：

-结构声传感器(109)，其用于在挖掘期间检测结构声信号(121)；

-流体射流产生设备(101)，其用于产生挖掘牙齿材料(107)的流体射流(111)；以及

-设备(105)，其用于基于结构声信号(121)调节或控制流体射流产生设备(101)。

11.根据权利要求10所述的系统(100)，其中，设备(105)适用于调节或控制流体射流产生设备(101)，使得根据结构声信号(121)停用流体射流(111)、根据结构声信号(121)产生连续或脉冲的流体射流(111)、和/或根据结构声信号(121)调节或控制流体射流产生的压力。

12.根据权利要求10或11所述的系统(100)，其中，设备(105)配置为基于爆发(115)的累积能量的斜率来检测牙齿材料(107)的类型。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统(100)，其中，设备(105)适用于基于每单位时间的爆发(115)的次数来检测牙齿材料(107)的类型。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的系统(100)，其中，设备(105)适用于基于爆发(115)的频率来检测龋坏的牙齿材料(107)。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的系统(100)，其中，系统(100)的评估单元(127)具有高达1MHz的采样率。

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